基于防脱空装置的二衬混凝土密实浇筑技术及应用研究

刘飚

摘要 为了解决二衬混凝土浇筑不密实、容易出现空洞，严重影响混凝土施工质量和衬砌结构受力的问题，提出一种基于防脱空装置的二衬混凝土密实浇筑技术。该防脱空装置利用混凝土中水能导电的原理，通过判断防脱空装置灯是否常亮对二衬混凝土密实度进行实时监控。依托郑万高铁香树湾隧道项目，采用无损检测方法对防脱空装置应用效果进行研究，研究结果表明：（1）文章提出的防脱空装置具有原理可靠、制作简单、安装快捷等优点;（2）试验段二衬无损检测结果未发现拱顶、拱腰、边墙存在脱空现象，表明该技术应用效果良好，可为类似工程提供借鉴。

关键词 隧道工程;混凝土浇筑;衬砌脱空;防脱空装置;实时监测

中图分类号 U455.91 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0157-03

0 引言

随着川藏铁路等工程的推进，我国隧道工程建设日益增多，隧道二衬混凝土作为隧道工程中的重要结构，其施工质量直接影响隧道安全施工与运营[1]。在隧道二衬混凝土浇筑过程中，由于材料、施工工艺、施工管理等原因，很容易出现浇筑不密实、存在空洞等质量问题[2-3]。张顶立等[4]对100余座铁路隧道进行无损检测，结果显示衬砌背后存在空洞长度占测试总长的11.3%。这些问题极易导致衬砌结构产生裂缝甚至掉块、渗漏水、影响衬砌结构正常受力等问题，严重危害隧道施工及运营[5]。伍毅敏等[6]基于数值模拟手段研究衬砌脱空对隧道结构受力的不利影响，数值模拟结果表明，相比于无脱空工况，二衬顶部衬砌脱空会引起应力集中现象，显著增大衬砌应力及变形，影响衬砌安全。叶艺超等[7]分析了不同脱空模式对隧道结构安全性的影响，结果表明，拱腰处出现脱空较拱顶位置出现脱空对结构更为不利。傅鹤林等[8]基于荷载-结构平面计算分析模型研究衬砌脱空对隧道安全性的影响，研究结果表明脱空范围对衬砌结构安全性影响极大，当脱空范围大于20°时，衬砌结构会出现严重的开裂、剥落等严重病害。传统的衬砌脱空的检测方法主要为探地雷达法，其具有无损、连续、快速、操作简便等特点[9]。覃晖等[10]基于支持向量机的基本原理，建立了一套隧道衬砌空洞探地雷达图像的机器识别方法。窦顺等[11]开展了声振检测衬砌空洞的现场试验，并提出了衬砌脱空判定标准，为声振法在隧道二衬脱空检测中的工程运用提供理论依据。

1 工程概况

香树湾隧道位于重庆市巫山县和湖北省巴东县境内，全长12 474.5 m，最大埋深约620 m，为单洞双线隧道。隧道设计纵坡为30‰、19.1‰和−30‰的人字坡;Ⅲ级围岩400 m，占总长的7.6%;Ⅳ级围岩4 088 m，占总长的77.8%;Ⅴ级围岩总长的767 m，占总长的14.6%。设计为Ⅱ级风险隧道。地层构造主要受三溪乡断裂和巫山向斜影响，伴生较多次级皱褶，受其影响后岩层产状变化显著。隧道洞身地层岩性为泥质夹砂，洞身段深部地层岩层局部绕曲，泥岩内构造节理裂隙多为密闭型，较发育;砂岩构造节理裂隙为密闭～微张型，延伸较远，较发育。

2 防脱空装置的原理与优点

2.1 防脱空装置基本原理

利用混凝土中水的导电性，设计一个由接触端子、控制箱、指示灯和导线组成的闭环线路，其中两个接触端子固定在拱顶防水板上。浇筑混凝土时，混凝土在自重作用下会下沉，若接触端子安装的隧道拱部部位混凝土密实，则证明二衬所有部位混凝土均密实。见图1。

2.2 技术优点

2.2.1 原理简单可靠

依据导电原理，实现对混凝土浇筑密实度的监测，简单可靠。较传统物探和钻孔而言，有效地提高了施工过程中拱顶二衬的检测效率。

2.2.2 安装便捷

防脱空装置安装简单，在二衬钢筋绑扎结束后，只须采用透明胶带将接触端子固定在防水板上，并将相关线路固定在二衬钢筋上即可，安装方便快捷，施工影响小。

2.2.3 效果直观

通过指示灯是否全亮对混凝土密实情况进行判断，简单直观且可靠性高。

3 现场应用

3.1 施工工艺流程

隧道二衬混凝土密实浇筑施工方法为：

（1）施工准备（安装防水板、衬砌钢筋、排气管）。

（2）安装接触端子及导线。

（3）防脱空装置空载试验。

（4）衬砌台车就位。

（5）浇筑混凝土。

（6）點亮指示灯。

（7）判断混凝土浇筑饱满。

（8）停止浇筑，关闭电源。具体工艺流程见图2。

3.2 防脱空装置安装

3.2.1 施工方法

在二衬钢筋绑扎结束后，通知电工及工人配合安装线路，1环12 m长的二衬，设置5个接触端子，间距3 m/个，接触端子采用透明胶带固定在防水板上面，布设线路统一留在堵头板位置，同时接入集中控制柜内，台车就位前提前测试防脱空装置线路连接是否通畅，防脱空装置安装见图3。

3.2.2 施工要点

（1）液位连通式防脱空装置采用裸露l cm端头的绝缘铜导线，安装接触端子线路时要保证接触端子头的干燥。

（2）接触端子和导线采用粘接方式固定在防水板或RPC管上，防止浇筑过程中脱落。

（3）开挖及支护平整度、防水卷材铺设、衬砌台车、泵送混凝土、和易性和坍落度等应符合相关要求。

（4）要求安装位置的防水板背后应密实无脱空。

（5）控制箱应固定在衬砌台车上，并做好防护，指示灯宜采用红色。

（6）衬砌台车就位前进行防脱空装置空载试验，检测各条导线是否连通。

3.3 混凝土浇筑施工方法与要点

3.3.1 施工方法

混凝土浇筑过程中，提前将防脱空装置开启，当防脱空装置灯亮时，则可以初步判定混凝土浇筑在此范围，装置灯开始亮一下后面又熄灭了说明混凝土经过后未压顶密实;当防脱空装置灯一直常亮且堵头位置和预留带模注浆管内流出水泥浆，可初步判定此次混凝土浇筑密实，后续可通过无损检测进行验证。

3.3.2 施工要点

严格按照相关要求浇筑混凝土，当所有指示灯全亮时，可初步判定拱顶混凝土澆筑密实。同时结合混凝土用量、RPC管出浆情况等综合判断混凝土是否浇筑饱满。当确认混凝土浇筑饱满后关闭防脱空装置电源，见图4。

3.4 现场应用效果

对已采用防脱空装置进行二衬施工的里程段，采用无损雷达对已浇筑的二衬混凝土进行实体检测，验证使用防脱空装置后二衬拱部背后混凝土是否存在空洞或者不密实现象发生[12]。测试结果显示，二衬混凝土未发现拱顶、拱腰、边墙存在脱空现象，见图5。

4 结论

混凝土衬砌浇筑过程中容易出现空洞的难题给隧道快速施工和结构安全造成很大的制约和影响，该文依托郑万高铁香树湾隧道项目，提出一种基于防脱空装置的二衬混凝土密实浇筑技术，总结如下：

（1）所提出的基于防脱空装置的二衬混凝土密实浇筑技术原理简单可靠、安装便捷、效果直观，不影响隧道施工进度。

（2）现场无损检测结果显示，已采用防脱空装置进行二衬施工的里程段未发现拱顶、拱腰、边墙存在脱空现象，具有良好的应用效果和经济和社会效益。

参考文献

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[4]张顶立，宋瑞刚. “接触问题”引起的隧道病害分析[J]. 中国地质灾害与防治学报，2004（4）： 69-72.

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[11]窦顺， 贺磊， 郑静， 等. 隧道二衬脱空声振检测试验研究[J]. 铁道工程学报， 2017（7）： 66-71.

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